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中科院金属所研究发现室温电极化斯格明子晶格
来源:ob欧宝体育官网下载    发布时间:2022-12-23 05:04:01
本文摘要:2015年,金属所马秀良研究员、朱银莲研究员和唐云龙博士等通过PbTiO3/SrTiO3铁电多层膜的设计实行突发事件调控,找到铁电材料中的通量仅有开口畴结构并顺利制取出有由顺时针和逆时针开口结构交错排序所包含的大尺度周期性阵列(Science2015)。

2015年,金属所马秀良研究员、朱银莲研究员和唐云龙博士等通过PbTiO3/SrTiO3铁电多层膜的设计实行突发事件调控,找到铁电材料中的通量仅有开口畴结构并顺利制取出有由顺时针和逆时针开口结构交错排序所包含的大尺度周期性阵列(Science2015)。该项工作公开发表后很快唤起了国际上关于新型铁电极化流形结构及性能研究的热潮。在上述工作的基础上,2016年加州大学伯克利分校及劳伦斯伯克利国家实验室制取并利用某种程度的电子显微学方法,在完全相同成分、有所不同突发事件条件下的PbTiO3/SrTiO3超强晶格体系中找到了铁电涡旋畴阵列(Nature2016)。

目前,其它有可能的新型电极化流形结构及其潜在诱导新的性能已沦为较低维氧化物功能材料领域的研究热点,国际上许多涉及的课题组正在对其进行全方位探寻研究。唐云龙博士在2017年2月至2019年4月采访伯克利期间,作为主要实验设计者和已完成人员之一,在前述工作基础上,与加州大学伯克利分校的R.Ramesh教授课题组、加州大学伯克利分校L.Martin教授、宾州州立大学陈龙庆教授以及西班牙坎塔布里亚大学J.Junquera教授等课题组了解合作,在铁电材料极化流形结构研究中再次获得重大突破:他们在PbTiO3/SrTiO3超强晶格中找到了室温平稳不存在的电极化斯格明子晶格(图1-3)。2019年4月17日,涉及结果以Observationofroom-temperaturepolarskyrmions为题,在Nature杂志在线公开发表。

自2009年开始,磁性斯格明子晶格的实验观测引发了涉及的动力学及理论物理研究热潮,以探寻其作为新型磁矩电子器件的潜力。如果能在铁电极化体系中更进一步找到适当的斯格明子晶格,这毫无疑问将不会是铁电极化流形结构研究方面的又一重大突破。在了解探究PbTiO3/SrTiO3体系中各种能量竞争关系基础上,唐云龙等人利用SrTiO3(001)衬底顺利制取出有系列PbTiO3/SrTiO3超强晶格体系。

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利用像劣校正入射电子显微学定量分析方法和实时电磁辐射散射,在[(SrTiO3)16/(PbTiO3)16]8等体系中观测到原始的斯格明子晶格,它们由尺度大约为8纳米的单个斯格明子在PbTiO3层中大规模汇聚而构成,在面内有构成四方格子的偏向;在界面附近具备Nel型集中或汇集的极化分量。第二原理等理论计算出来测出其skyrmionnumber恒为+1。

该项工作首次在实空间说明了了电极化体系中的斯格明子晶格。比起于铁磁体系由,该种极化斯格明子晶格需要在室温平稳不存在,且需要外场诱导产生,比较更容易构建先前动力学不道德研究和调控,为探寻基于极化斯格明子的新型电子器件获取了途径。同时,该实验说明了了极化体系中的电偶极子在一定条件下也具备类似于类似磁矩汇聚结构的定粒子不道德,毫无疑问将为电极化流形结构及其性能关系研究关上新的篇章。2019年4月17日,Nature杂志同期以Electrifyingskyrmionbubbles为题,在NEWSANDVIEWS板块对论文涉及结果展开了重点点评,认为其对凝聚态基本物理和潜在应用于的新引导导向起到。

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图1:(SrTiO3)16/(PbTiO3)16/(SrTiO3)16三层体系及[(SrTiO3)16/(PbTiO3)16]8超强晶格的低倍横截面暗场像及平面STEM光学。c,d中插画为适当图像的较慢傅里叶转换。三层结构中包括放射状畴与单个斯格明子结构;超强晶格中以二维斯格明子晶格居多。图2:[(SrTiO3)16/(PbTiO3)16]8超强晶格中斯格明子晶格的低倍平面HAADF-STEM欠焦光学。

这里展出了平面TEM样中8层PbTiO3及其中的大规模极化斯格明子晶格。


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